亿隆煤业1号煤层回采巷道底鼓治理技术

师占峰

(霍州煤电集团 亿隆煤业有限责任公司，山西 临汾 041600)

1 工程概况

霍州煤电集团亿隆煤业目前开采1号煤层，1号煤层厚度为1.6～1.75 m，平均1.675 m，煤层倾角5～8°，煤层结构简单、稳定、无夹矸。1-101工作面为1号煤层首采工作面，工作面位于+260 m开采水平，地面标高+600～+640 m，工作面标高+200～+275 m，1-102工作面为1-101工作面的接替工作面，工作面间区段煤柱宽度20 m。每个工作面布置两条回采巷道，分别为正巷和副巷，正巷用于进风、行人、运煤，副巷用于回风、材料供应、行人，均采用矩形巷道，断面尺寸宽×高=5.0 m×3.0 m。1-101工作面回采期间，工作面前方回采巷道底板出现明显底鼓现象，局部需进行多次挖底返修，成为影响工作面安全高效生产的瓶颈，为避免1-102工作面回采巷道内出现同样问题，需提出更为有效的巷道支护方案。

2 回采巷道原支护方案

1-101工作面回采巷道采用锚网索+钢带联合支护，支护断面如图1所示。①顶板采用D22 mm×2 400 mm的左旋螺纹钢锚杆，间排距800 mm×800 mm，顶板最外侧锚杆向巷道外侧偏斜15°安装，中部的5根锚杆垂直顶板施工；每根锚杆使用1支K2355和1支Z2355锚固剂；配合使用W-280-3-4900-7型W钢带，尺寸为4 900 mm×280 mm×3 mm；同时采用D21.6 mm×7 300 mm的1×7股钢绞线锚索，每排4根，间排距为1 000 mm×1 600 mm，所有锚索沿巷道中心线对称布置，均垂直顶板施工，每根锚索采用1支K2355和两支Z2355树脂锚固剂。②帮部采用D20 mm×2 200 mm的螺纹钢锚杆，间排距均为800 mm，均沿水平方向布置；采用1支K2355树脂药卷锚固；锚杆间采用规格为500 mm×280 mm×3 mm的W钢带联结；帮锚索采用规格D21.6 mm×5 300 mm的钢绞线，居中布置，排距为3 200 mm。

图1 1-101正巷支护断面(mm)

3 巷道底鼓变形规律

1-101正巷、副巷掘进期间，围岩整体稳定，巷道表面无明显的变形现象，1-101工作面投产后，巷道底板出现明显的底鼓现象，以1-101正巷为例，底鼓量变化规律见图2。

图2 1-101正巷底鼓变形与工作面距离关系

由图2可以看出，超前工作面约75～90 m，底鼓量开始逐渐增大，超前工作面30～75 m范围内，底鼓量基本呈平稳增加，与工作面距离小于30 m以后，底鼓量开始迅速增大，底鼓量最大达到359 mm，最大增长速率达66 mm/d，由此可知，工作面超前支承压力对于巷道底鼓量的影响明显。

4 巷道底鼓机理分析及防治技术

4.1 巷道底鼓形式

依据相关的研究成果可知[1-3]，巷道底板底鼓变形是高应力、软弱围岩巷道的主要变形形式，个别矿井底板底鼓量可达顶底板移近量的70%，底板底鼓变形将影响巷道顶板和两帮的稳定，因此底板底鼓变形的控制对于巷道围岩的整体稳定非常关键。巷道底板底鼓变形是一个相当复杂的问题，底鼓量的大小与巷道围岩岩性、结构、地应力等密切相关，根据巷道底板底鼓变形内因的不同，可将底鼓分为理化型、力学型及复合型。理化型指巷道底板岩层富含黏土矿物，遇水膨胀、软化，引起巷道底板底鼓变形；力学型指底板受到地应力作用变形的压弯变形；复合型指以上两种形式共同作用下导致的巷道底板底鼓。根据底板底鼓量的大小将底鼓分为五类，见表1。

井下巷道实际破坏状况表明，亿隆煤业1-101工作面巷道底鼓变形量大多在100～300 mm之间，底鼓形式以力学型为主理化型为辅，1号煤层底板多为泥岩和砂质泥岩，岩层内含有一定量的膨胀性岩石，由于巷道处于高应力、破碎蠕变岩体中，结构面发育，整体性差，底鼓形状多为整体底鼓和弧状型底鼓，底鼓类型为小底鼓量，局部顶板淋水区域，底鼓量进一步增大，个别区域底鼓量达到500～600 mm，底鼓类型属于中等底鼓。

4.2 巷道底鼓防治方法

巷道底板的底鼓变形可通过两种方法进行治理[4-5]，一是通过采取适当措施预防底板底鼓，二是底板底鼓后通过挖底等方法消除底鼓。为了保持底板岩层及整个巷道围岩的稳定性，应该以预防为主、治理为辅。高强度锚杆与锚索支护是一种优越的支护方式，可以取得良好支护效果。针对亿隆煤业巷道破坏特征，考虑到亿隆煤业巷道底板岩性条件较差，底鼓类型属于中等底鼓，拟采用高强度锚杆索支护加固技术来控制高应力、破碎围岩巷道底鼓。

5 巷道支护方案优化及应用

5.1 支护方案优化

考虑到亿隆煤业回采巷道变形以底鼓变形为主，结合“强帮强角固底”的支护理念，对原方案设计参数做出一定的优化。顶板支护优化：改变锚杆与锚索独立布置的方式，改为锚杆与锚索同排布设，用W钢带连接固定。即顶板每排布设3根锚索，替换中间及两侧第二根锚杆，锚杆间距保持不变，其中两侧的顶锚索分别向两边倾斜15°，以达到对角部的强化作用；将顶板锚杆排距由800 mm调整到900 mm。帮部支护优化：帮部锚索替换从上向下第二根帮锚杆，每两排帮锚杆之间增设1道锚索；帮部锚杆间通过D16 mm×2 800 mm钢筋梯子梁联结，将帮锚杆的长度增大至2 400 mm；将最上排帮锚杆向上倾斜15°布置，并将帮锚杆的锚固剂由原来1支Z2355改为与顶锚杆相同的锚固剂，即1支K2355锚固剂在上(孔底)，1支Z2355锚固剂在下，以达到强化角部的效果；将帮锚杆排距由800 mm调整到900 mm。底板支护优化：在巷道掘进时，对底板做圆弧状超挖，一方面改善围岩应力分布，另一方面可以作为抵御巷道底鼓变形的储备；在巷道底脚增设1排D34 mm×1 800 mm管缝式锚杆，用于抵御巷道底脚周围围岩的剪切变形，具体布置方式见图3。

表1 巷道底鼓分级

图3 巷道优化支护方案(mm)

5.2应用效果分析

亿隆煤业1-102工作面回采巷道采用上述支护方案，1-102工作面回采期间，监测1-102正巷底板底鼓量变化规律见图4。底板底鼓量变化规律与1-101正巷类似，与工作面距离小于30 m时，底板底鼓速率开始显著增大，直至工作面推进至测点处，底板底鼓量最大为55 mm，底鼓量很小，围岩整体稳定，满足工作面正常生产的断面需求，巷道底鼓得到很好的治理。

图4 1-102正巷底板底鼓量变化规律